JPH0787680B2 - ラジアル磁気軸受装置 - Google Patents
ラジアル磁気軸受装置Info
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- JPH0787680B2 JPH0787680B2 JP63074946A JP7494688A JPH0787680B2 JP H0787680 B2 JPH0787680 B2 JP H0787680B2 JP 63074946 A JP63074946 A JP 63074946A JP 7494688 A JP7494688 A JP 7494688A JP H0787680 B2 JPH0787680 B2 JP H0787680B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はターボ機械や工作機械のラジアル磁気軸受に関
し、特に回転軸に回転子継鉄を固着し、該回転子継鉄か
ら微小間隙を設けて起磁力を発生させる励磁コイルを備
えた電磁石固定子をケーシングに固定し、回転軸とケー
シング間の相対変位を変位センサで検出し、該変位セン
サの出力信号をもとに回転子継鉄と電磁石固定子間に磁
気吸引力を作用させ回転軸を固定子中心付近に支承する
ラジアル磁気軸受装置に関するものである。
し、特に回転軸に回転子継鉄を固着し、該回転子継鉄か
ら微小間隙を設けて起磁力を発生させる励磁コイルを備
えた電磁石固定子をケーシングに固定し、回転軸とケー
シング間の相対変位を変位センサで検出し、該変位セン
サの出力信号をもとに回転子継鉄と電磁石固定子間に磁
気吸引力を作用させ回転軸を固定子中心付近に支承する
ラジアル磁気軸受装置に関するものである。
第３図乃至第５図は従来の５軸制御型磁気軸受の構造を
示す図で、第３図は縦断面図、第４図は第３図のＩ−Ｉ
線上断面矢視図、第５図は第３図のII-II線上断面矢視
図である。
示す図で、第３図は縦断面図、第４図は第３図のＩ−Ｉ
線上断面矢視図、第５図は第３図のII-II線上断面矢視
図である。
第３図において、１は回転軸であり、該回転軸１はその
左右両側を２個のラジアル磁気軸受101,101と一方の側
（図では左側）のラジアル磁気軸受102に隣接したスラ
スト磁気軸受103で回転自在に支承されている。また、
ケーシング７の中央部には該ケーシング７に固定された
電動機固定子８と回転軸１に固定された電動機回転子９
からなる電動機が配設され、回転軸１は該電動機で駆動
される。
左右両側を２個のラジアル磁気軸受101,101と一方の側
（図では左側）のラジアル磁気軸受102に隣接したスラ
スト磁気軸受103で回転自在に支承されている。また、
ケーシング７の中央部には該ケーシング７に固定された
電動機固定子８と回転軸１に固定された電動機回転子９
からなる電動機が配設され、回転軸１は該電動機で駆動
される。
ラジアル磁気軸受101,102は、それぞれ励磁コイル５を
備えた固定子継鉄３と回転軸１に取付けられた回転子継
鉄４とから構成されている。また、スラスト磁気軸受10
3は、励磁コイル12を備えた固定子11と回転軸１に取付
けられたヨーク10とから構成されている。また、２は非
常時用軸受（転がり軸受）である。
備えた固定子継鉄３と回転軸１に取付けられた回転子継
鉄４とから構成されている。また、スラスト磁気軸受10
3は、励磁コイル12を備えた固定子11と回転軸１に取付
けられたヨーク10とから構成されている。また、２は非
常時用軸受（転がり軸受）である。
上記従来の磁気軸受の固定子磁極の配置及び変位センサ
ーの配置は第４図及び第５図に示すようになっている。
磁気吸引力の方向は、Ｘ方向とＹ方向の直交する方向と
なり、この２軸（制御軸）方向の回転軸１の変位を第５
図のようにＸ方向とＹ方向に配置された半径方向の変位
を検出する変位センサー6A,6B（第３図では変位センサ
ー６）で検出するようになっている。後述する制御回路
は該半径方向の変位を検出する変位センサー6A,6Bから
の検出信号をもとに上記磁気吸引力を制御する。回転軸
１のＸ方向の制御は、Ｘ方向の半径方向変位センサー6A
の出力に基づき、励磁コイル5A又は励磁コイル5C（第３
図の励磁コイル５）に通電する電流を制御することによ
り、ラジアル軸受102の固定子継鉄３の磁極3A.3Bと回転
子継鉄４の間に発生する磁気吸引力を制御して行う。ま
た、Ｙ方向の変位センサー6Bの出力に基づき、励磁コイ
ル5B又は励磁コイル5D（図示は省略）に所定の電流を流
す。なお、ラジアル軸受101の構成も上記と同じであ
る。
ーの配置は第４図及び第５図に示すようになっている。
磁気吸引力の方向は、Ｘ方向とＹ方向の直交する方向と
なり、この２軸（制御軸）方向の回転軸１の変位を第５
図のようにＸ方向とＹ方向に配置された半径方向の変位
を検出する変位センサー6A,6B（第３図では変位センサ
ー６）で検出するようになっている。後述する制御回路
は該半径方向の変位を検出する変位センサー6A,6Bから
の検出信号をもとに上記磁気吸引力を制御する。回転軸
１のＸ方向の制御は、Ｘ方向の半径方向変位センサー6A
の出力に基づき、励磁コイル5A又は励磁コイル5C（第３
図の励磁コイル５）に通電する電流を制御することによ
り、ラジアル軸受102の固定子継鉄３の磁極3A.3Bと回転
子継鉄４の間に発生する磁気吸引力を制御して行う。ま
た、Ｙ方向の変位センサー6Bの出力に基づき、励磁コイ
ル5B又は励磁コイル5D（図示は省略）に所定の電流を流
す。なお、ラジアル軸受101の構成も上記と同じであ
る。
第６図はラジアル磁気軸受の制御回路の構成を示すブロ
ック図である。
ック図である。
第６図の制御回路では、変位センサー６からの信号を位
相補償回路21に導き、その出力及びそれを反転した出力
に一定の電圧VBを加算し、その出力を更に直流検波回路
22a,22cに入力し、該直流検波回路22a,22cで正負入力の
いずれか一方、例えば正入力のみ検出し、該検出出力を
片電源の電力増幅器23a,23cに入力し、励磁コイル5A,5C
に流す電流を得ている。また、図示は省略するが励磁コ
イル5B,5Dに流す電流も同様な制御回路より得られる。
相補償回路21に導き、その出力及びそれを反転した出力
に一定の電圧VBを加算し、その出力を更に直流検波回路
22a,22cに入力し、該直流検波回路22a,22cで正負入力の
いずれか一方、例えば正入力のみ検出し、該検出出力を
片電源の電力増幅器23a,23cに入力し、励磁コイル5A,5C
に流す電流を得ている。また、図示は省略するが励磁コ
イル5B,5Dに流す電流も同様な制御回路より得られる。
しかしながら上記従来のラジアル磁気軸受においては、
下記のような問題点があった。
下記のような問題点があった。
ラジアル磁気軸受の固定子継鉄３、矩形断面の磁極
3A,3B、回転子継鉄４で部分的に磁気飽和が発生し、ラ
ジアル磁気軸受の最大負荷能力が低下する。これを防止
するため、磁束線に直角な断面積を略等しくなるように
固定子継鉄３の磁極3A,3B、回転子継鉄４の寸法を決め
ている。このため、第４図に示すように、従来の回転子
継鉄４に対向する励磁コイルを挿入する矩形断面状の磁
極3A,3Bの数が１制御軸方向に対向する電磁石固定子に
つき２個の場合には、突起した磁極3A,3Bの円周方向の
断面積とその外周にある固定子継鉄３の半径方向の断面
積を略等しく決めなければならない。このため、軸受負
荷能力が大きい場合には、回転子継鉄４の外径と固定子
継鉄３の外径が大きくなり、回転子継鉄４の磁性材料の
回転遠心力に対する材料強度上の制限から、回転軸１の
回転数上限が制限されていた。
3A,3B、回転子継鉄４で部分的に磁気飽和が発生し、ラ
ジアル磁気軸受の最大負荷能力が低下する。これを防止
するため、磁束線に直角な断面積を略等しくなるように
固定子継鉄３の磁極3A,3B、回転子継鉄４の寸法を決め
ている。このため、第４図に示すように、従来の回転子
継鉄４に対向する励磁コイルを挿入する矩形断面状の磁
極3A,3Bの数が１制御軸方向に対向する電磁石固定子に
つき２個の場合には、突起した磁極3A,3Bの円周方向の
断面積とその外周にある固定子継鉄３の半径方向の断面
積を略等しく決めなければならない。このため、軸受負
荷能力が大きい場合には、回転子継鉄４の外径と固定子
継鉄３の外径が大きくなり、回転子継鉄４の磁性材料の
回転遠心力に対する材料強度上の制限から、回転軸１の
回転数上限が制限されていた。
また、固定子継鉄３の外径が大きくなり、大きな軸
受空間を必要とした。
受空間を必要とした。
また、回転軸１の前向き振れ回り固有振動数と後向
き振れ回り固有振動数での発振防止のために磁気軸受の
制御回路において、各周波数での位相を進める位相補償
回路21を直列又は並列（第６図では直列）に組み込んで
いたが、この方法では大きな位相進みを与える必要があ
り、このためこの周波数の付近及びそれ以上の周波数で
の制御回路の伝達関数のゲインが大きくなり、これらの
周波数より高い回転軸１の固有振動数の発振を誘発する
とがあった。
き振れ回り固有振動数での発振防止のために磁気軸受の
制御回路において、各周波数での位相を進める位相補償
回路21を直列又は並列（第６図では直列）に組み込んで
いたが、この方法では大きな位相進みを与える必要があ
り、このためこの周波数の付近及びそれ以上の周波数で
の制御回路の伝達関数のゲインが大きくなり、これらの
周波数より高い回転軸１の固有振動数の発振を誘発する
とがあった。
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、上記問題点
を除去し、小型、高速回転でしかも回転軸の固有振動数
の自励振動が発生しないラジアル磁気軸受を提供するこ
とにある。
を除去し、小型、高速回転でしかも回転軸の固有振動数
の自励振動が発生しないラジアル磁気軸受を提供するこ
とにある。
〔課題を解決するための手段〕 上記課題を解決するため本発明は、ラジアル磁気軸受装
置を下記の如く構成した。
置を下記の如く構成した。
ラジアル磁気軸受101,102は、電磁石固定子の回転子継
鉄４に対向し、回転子継鉄４に対向する突起した励磁コ
イル5Ac,5Af,5Ab,5Bc,5Bf,5Bb,5Cc,5Cf,5Cb,5Dc,5Df,5D
bを差し込む断面矩形状の磁極３−1,3−2,3−３の数を
１制御軸方向に対向する電磁石につき３個とし、その３
個の断面矩形状の磁極の内中央に位置する中央部磁極３
−１の円周方向断面積をその両側に位置する２個の磁極
３−2,3−３の断面積の略２倍とし、 制御装置を構成する制御回路は、電磁石固定子の３個の
磁極の内、中央部磁極３−１の両側に位置する磁極３−
2,3−３に対して、回転方向（矢印Ｆ）の磁極３−２の
励磁コイル5Af,5Cf,5Bf,5Dfには第２図に示すように
（第２図では5Af,5Cfのみを示す）、回転軸１の前向き
回り振れ回り固有振動数を中心周波数とするバンドパス
フィルタ25fを通過した変位センサー６の出力信号と位
相補償回路21を通過した変位センサー６の出力信号を加
算した信号61に比例した電流を流し、反回転方向の磁極
３−３の励磁コイル5Ab,5Cb,5Bb,5Db（第２図では5Ab,5
Cbのみを示す）には回転軸１の後向き回り振れ回り固有
振動数を中心周波数とするバンドパスフィルタ25bを通
過した変位センサー６の出力信号と位相補償回路21を通
過した変位センサー６の出力信号を加算した信号62に比
例した電流を流した。
鉄４に対向し、回転子継鉄４に対向する突起した励磁コ
イル5Ac,5Af,5Ab,5Bc,5Bf,5Bb,5Cc,5Cf,5Cb,5Dc,5Df,5D
bを差し込む断面矩形状の磁極３−1,3−2,3−３の数を
１制御軸方向に対向する電磁石につき３個とし、その３
個の断面矩形状の磁極の内中央に位置する中央部磁極３
−１の円周方向断面積をその両側に位置する２個の磁極
３−2,3−３の断面積の略２倍とし、 制御装置を構成する制御回路は、電磁石固定子の３個の
磁極の内、中央部磁極３−１の両側に位置する磁極３−
2,3−３に対して、回転方向（矢印Ｆ）の磁極３−２の
励磁コイル5Af,5Cf,5Bf,5Dfには第２図に示すように
（第２図では5Af,5Cfのみを示す）、回転軸１の前向き
回り振れ回り固有振動数を中心周波数とするバンドパス
フィルタ25fを通過した変位センサー６の出力信号と位
相補償回路21を通過した変位センサー６の出力信号を加
算した信号61に比例した電流を流し、反回転方向の磁極
３−３の励磁コイル5Ab,5Cb,5Bb,5Db（第２図では5Ab,5
Cbのみを示す）には回転軸１の後向き回り振れ回り固有
振動数を中心周波数とするバンドパスフィルタ25bを通
過した変位センサー６の出力信号と位相補償回路21を通
過した変位センサー６の出力信号を加算した信号62に比
例した電流を流した。
本発明は上記構成を採用することにより、ラジアル磁気
軸受装置は下記の作用を奏する。
軸受装置は下記の作用を奏する。
電磁石固定子の中央部磁極３−１を通過する磁束線
は回転子継鉄４、両側に位置する２個の磁極３−2,3−
３、固定子継鉄３で２分され、この各部の磁束は、従来
の磁気軸受の半分になる。従って、同一磁束で磁気軸受
を製作する場合には、固定子継鉄３、両側の磁極３−2,
3−３、回転子継鉄４の磁束線方向の断面積を略半分に
できる。その結果回転子継鉄４の外径を小さくできるの
で、回転子周速度を一定にしてラジアル磁気軸受を製作
する場合、その回転数を高くできる。また、回転子継鉄
４の外径と固定子継鉄４の半径方向の厚さも小さくでき
るため、大幅に固定子の外径を小さくできる。
は回転子継鉄４、両側に位置する２個の磁極３−2,3−
３、固定子継鉄３で２分され、この各部の磁束は、従来
の磁気軸受の半分になる。従って、同一磁束で磁気軸受
を製作する場合には、固定子継鉄３、両側の磁極３−2,
3−３、回転子継鉄４の磁束線方向の断面積を略半分に
できる。その結果回転子継鉄４の外径を小さくできるの
で、回転子周速度を一定にしてラジアル磁気軸受を製作
する場合、その回転数を高くできる。また、回転子継鉄
４の外径と固定子継鉄４の半径方向の厚さも小さくでき
るため、大幅に固定子の外径を小さくできる。
また、電磁石固定子の３個の磁極の内、中部磁極３
−１の両側に位置する磁極３−2,3−３の励磁コイル5A
f,5Ab,5Bf,5Bb,5Cf,5Cb,5Df,5Dbに流す電流を独立に制
御し、回転軸１の前向き振れ回りの固有振動数と、後向
き振れ回りの固有振動数に対する位相進み補償を電機的
ではなく、空間的に行うことができる。このため、制御
回路に大きな電気的位相進みを与えることがないので、
高周波数のゲインが大きくなることはない。従って、高
い周波数の固有振動数を励振することはないので、これ
らの固有振動数の発振を防止できる。
−１の両側に位置する磁極３−2,3−３の励磁コイル5A
f,5Ab,5Bf,5Bb,5Cf,5Cb,5Df,5Dbに流す電流を独立に制
御し、回転軸１の前向き振れ回りの固有振動数と、後向
き振れ回りの固有振動数に対する位相進み補償を電機的
ではなく、空間的に行うことができる。このため、制御
回路に大きな電気的位相進みを与えることがないので、
高周波数のゲインが大きくなることはない。従って、高
い周波数の固有振動数を励振することはないので、これ
らの固有振動数の発振を防止できる。
〔実施例〕 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
第１図は本発明に係るラジアル磁気軸受装置のラジアル
軸受の固定子継鉄、回転子の断面図（第３図Ｉ−Ｉ線上
断面矢視図に相当する）であり、第２図は固定子を構成
する電磁石固定子の３個の磁極の励磁コイルを独立に制
御するための制御回路のブロック図である。なお、第１
図及び第２図において、第３図乃至第６図と同一番号及
び符号を付した部分は同一又は相当部分を示す。
軸受の固定子継鉄、回転子の断面図（第３図Ｉ−Ｉ線上
断面矢視図に相当する）であり、第２図は固定子を構成
する電磁石固定子の３個の磁極の励磁コイルを独立に制
御するための制御回路のブロック図である。なお、第１
図及び第２図において、第３図乃至第６図と同一番号及
び符号を付した部分は同一又は相当部分を示す。
従来のラジアル磁気軸受における磁束線を第４図の点線
51で示す。ラジアル磁気軸受102の固定子継鉄３と回転
子継鉄４の空隙以外の部分での磁束密度を同一にし、局
部的磁気飽和を避け、軸受負荷能力を最大負荷能力とす
るためには、磁束線51に直角で断面積を等しくしなけれ
ばならない。このため、第４図のＡ−Ａ線上断面積、Ｂ
−Ｂ線上断面積、Ｃ−Ｃ線上断面積を同一にする必要が
ある。
51で示す。ラジアル磁気軸受102の固定子継鉄３と回転
子継鉄４の空隙以外の部分での磁束密度を同一にし、局
部的磁気飽和を避け、軸受負荷能力を最大負荷能力とす
るためには、磁束線51に直角で断面積を等しくしなけれ
ばならない。このため、第４図のＡ−Ａ線上断面積、Ｂ
−Ｂ線上断面積、Ｃ−Ｃ線上断面積を同一にする必要が
ある。
通常、ラジアル磁気軸受102の固定子継鉄３、回転子継
鉄４の軸方向長さを同一にし、磁束線51を回転軸１の軸
心に直角な面内に積層した薄い珪素鋼板を通過させ、渦
電流の発生を少なくするので、第４図の固定子継鉄３の
半径方向の厚さΔrc、回転子継鉄４の半径方向の厚さΔ
rbを磁極の幅Ｔと同じにする必要がある。このため厚さ
ΔrbとΔrcが比較的大きくなり、大容量のラジアル磁気
軸受では広い空間を必要とした。また、高速回転軸用の
ラジアル磁気軸受で回転子継鉄４の周速が高くなり、回
転子継鉄４を構成する磁性材料の強度上の制約から、回
転数を大きくできないこともあった。
鉄４の軸方向長さを同一にし、磁束線51を回転軸１の軸
心に直角な面内に積層した薄い珪素鋼板を通過させ、渦
電流の発生を少なくするので、第４図の固定子継鉄３の
半径方向の厚さΔrc、回転子継鉄４の半径方向の厚さΔ
rbを磁極の幅Ｔと同じにする必要がある。このため厚さ
ΔrbとΔrcが比較的大きくなり、大容量のラジアル磁気
軸受では広い空間を必要とした。また、高速回転軸用の
ラジアル磁気軸受で回転子継鉄４の周速が高くなり、回
転子継鉄４を構成する磁性材料の強度上の制約から、回
転数を大きくできないこともあった。
本実施例では、第１図に示すように、ラジアル磁気軸受
101,102の固定子継鉄３の回転子継鉄４に対向し、回転
子継鉄４の方向に突出し、励磁コイル5Ac,5Af,5Ab,5Bc,
5Bf,5Bb,5Cc,5Cf,5Cb,5Dc,5Df,5Dbを挿入する断面矩形
状の磁極の数を１制御軸方向の対向する電磁石固定子に
つき３個（中央部磁極３−１とその両側に位置する磁極
３−2,3−３）とする。ここで電磁極固定子とは、例え
ば固定子継鉄３の一部と３個の磁極３−1,3−2,3−３及
び励磁コイル5Ac,5Af,5Abで構成されるものを一つの電
磁石固定子とする。この３個の磁極の段面積を、中央部
磁極３−１の円周方向の段面積が、その両側に位置する
磁極３−2,3−３の円周方向の断面積の略２倍とした。
これにより、電磁客固定子内に発生する磁束を第１図の
磁束線51aと51bに示すように分割できる。
101,102の固定子継鉄３の回転子継鉄４に対向し、回転
子継鉄４の方向に突出し、励磁コイル5Ac,5Af,5Ab,5Bc,
5Bf,5Bb,5Cc,5Cf,5Cb,5Dc,5Df,5Dbを挿入する断面矩形
状の磁極の数を１制御軸方向の対向する電磁石固定子に
つき３個（中央部磁極３−１とその両側に位置する磁極
３−2,3−３）とする。ここで電磁極固定子とは、例え
ば固定子継鉄３の一部と３個の磁極３−1,3−2,3−３及
び励磁コイル5Ac,5Af,5Abで構成されるものを一つの電
磁石固定子とする。この３個の磁極の段面積を、中央部
磁極３−１の円周方向の段面積が、その両側に位置する
磁極３−2,3−３の円周方向の断面積の略２倍とした。
これにより、電磁客固定子内に発生する磁束を第１図の
磁束線51aと51bに示すように分割できる。
上記３個の磁極（中央部磁極３−１とその両側に位置す
る磁極３−2,3−３）の回転子継鉄４に対向する表面積
の合計を、第４図に示す従来のラジアル磁気軸受の固定
子継鉄３の２個の磁極3A,3Bの回転子継鉄４に対向する
表面積の合計と同一にして、回転子と固定子間の空隙の
磁束密度も同一にすれば、本実施例のラジアル磁気軸受
と上記従来のラジアル磁気軸受の軸受負荷能力は同一と
なる。従って、本実施例において、両側の磁極３−2,3
−３、固定子継鉄３、回転子継鉄４の磁束は中央部磁極
３−１の磁束の1/2となるので、これらの部分の磁束密
度が同一になるように回転子継鉄４及び固定子継鉄３を
作れば、第１図のＢ−B,C−C,D−Ｄ線上断面積はＡ−Ａ
線上の断面積の1/2とすることができる。これにより、
本実施例のラジアル軸受を従来のラジアル磁気軸受と同
様に回転子継鉄、固定子継鉄の軸方向長さを同一にする
と、回転子継鉄４の半径方向の厚さΔrb、固定子継鉄３
の半径方向の厚さΔrcを中央部磁極３−１の円周方向幅
Ｔの1/2にすることができ、従来例に比較して回転子の
外径を略Ｔ、固定子の外径を略2Tだけ小さくできる。
る磁極３−2,3−３）の回転子継鉄４に対向する表面積
の合計を、第４図に示す従来のラジアル磁気軸受の固定
子継鉄３の２個の磁極3A,3Bの回転子継鉄４に対向する
表面積の合計と同一にして、回転子と固定子間の空隙の
磁束密度も同一にすれば、本実施例のラジアル磁気軸受
と上記従来のラジアル磁気軸受の軸受負荷能力は同一と
なる。従って、本実施例において、両側の磁極３−2,3
−３、固定子継鉄３、回転子継鉄４の磁束は中央部磁極
３−１の磁束の1/2となるので、これらの部分の磁束密
度が同一になるように回転子継鉄４及び固定子継鉄３を
作れば、第１図のＢ−B,C−C,D−Ｄ線上断面積はＡ−Ａ
線上の断面積の1/2とすることができる。これにより、
本実施例のラジアル軸受を従来のラジアル磁気軸受と同
様に回転子継鉄、固定子継鉄の軸方向長さを同一にする
と、回転子継鉄４の半径方向の厚さΔrb、固定子継鉄３
の半径方向の厚さΔrcを中央部磁極３−１の円周方向幅
Ｔの1/2にすることができ、従来例に比較して回転子の
外径を略Ｔ、固定子の外径を略2Tだけ小さくできる。
第１図に示す構成の固定子継鉄３及び回転子継鉄４を有
するラジアル磁気軸受においても、励磁コイル5Ac,5Af,
5Abを直列又は並列に接続することで、上記従来のラジ
アル磁気軸受と同様の制御（第６図の制御回路と同一の
制御回路）が可能である。ここでは更に、従来の制御回
路での高周波発振を防止するため、制御回路を第２図に
示す構成とし、第１図の３個の磁極３−1,3−2,3−３の
励磁コイル5Ac,5Af,5Abを独立に制御している。
するラジアル磁気軸受においても、励磁コイル5Ac,5Af,
5Abを直列又は並列に接続することで、上記従来のラジ
アル磁気軸受と同様の制御（第６図の制御回路と同一の
制御回路）が可能である。ここでは更に、従来の制御回
路での高周波発振を防止するため、制御回路を第２図に
示す構成とし、第１図の３個の磁極３−1,3−2,3−３の
励磁コイル5Ac,5Af,5Abを独立に制御している。
第２図の制御回路においては、位相補償回路21と並列に
バンドパスフィルタ25fとバンドパスフィルタ25bを設け
ている。バンドパスフィルタ25f,25bは、それぞれ回転
軸１に自励振動を発生する可能性のある或いは誘発して
いる前向き振れ回り固有振動数と後向き振れ回り固有振
動数を中心周波数とするバンドパスフィルタである。
バンドパスフィルタ25fとバンドパスフィルタ25bを設け
ている。バンドパスフィルタ25f,25bは、それぞれ回転
軸１に自励振動を発生する可能性のある或いは誘発して
いる前向き振れ回り固有振動数と後向き振れ回り固有振
動数を中心周波数とするバンドパスフィルタである。
上記構成の制御回路において、回転軸１の変位を変位セ
ンサー６で検出し、この検出した変位信号60を位相補償
回路21に導き、所定の位相補償を行い、同時に変位信号
60をバンドパスフィルタ25f,25bを通過させ、該通過さ
せた信号を位相補償回路21を通過した信号に加え、前向
き振れ回り周波数成分を多く含む可能性のある信号61
と、後向き振れ回り周波数成分を多く含む可能性のある
信号62を作っている。さらに信号61にバイアス電圧VBを
加算し、直流検波回路22,22及び電力増幅器23,23を通し
て、第１図の回転方向（矢印Ｆ）に位置する磁極３−2,
3−２の励磁コイル5Af及び5Cfに流す。励磁コイル5Af,5
Cfに流れる電流は電流検出回路24,24で検出され、電力
増幅器23,23の入力側にフィードバックされる。
ンサー６で検出し、この検出した変位信号60を位相補償
回路21に導き、所定の位相補償を行い、同時に変位信号
60をバンドパスフィルタ25f,25bを通過させ、該通過さ
せた信号を位相補償回路21を通過した信号に加え、前向
き振れ回り周波数成分を多く含む可能性のある信号61
と、後向き振れ回り周波数成分を多く含む可能性のある
信号62を作っている。さらに信号61にバイアス電圧VBを
加算し、直流検波回路22,22及び電力増幅器23,23を通し
て、第１図の回転方向（矢印Ｆ）に位置する磁極３−2,
3−２の励磁コイル5Af及び5Cfに流す。励磁コイル5Af,5
Cfに流れる電流は電流検出回路24,24で検出され、電力
増幅器23,23の入力側にフィードバックされる。
励磁コイル5Af,5Cfの磁極３−2,3−２は制御軸から回転
方向に進んだ位置にあるため、前向き振れ回り固有振動
数の制御力の空間的方法で進めることになる。
方向に進んだ位置にあるため、前向き振れ回り固有振動
数の制御力の空間的方法で進めることになる。
また、信号62のバイアス電圧VBを加算し、直流検波回路
22,22及び電力増幅器23,23を通して、反回転方向に位置
する磁極３−３の励磁コイル5Ab及び5Cbに所定の電流を
流す。励磁コイル5Ab,5Cbに流れる電流は電流検出回路2
4,24で検出され、電力増幅器23,23の入力側にフィード
バックされる。
22,22及び電力増幅器23,23を通して、反回転方向に位置
する磁極３−３の励磁コイル5Ab及び5Cbに所定の電流を
流す。励磁コイル5Ab,5Cbに流れる電流は電流検出回路2
4,24で検出され、電力増幅器23,23の入力側にフィード
バックされる。
励磁コイル5Ab,5Cbの磁極３−3,3−３は制御軸から反回
転方向にあるため、後向き振れ回り固有振動数の制御力
の空間的方法で進めることになる。
転方向にあるため、後向き振れ回り固有振動数の制御力
の空間的方法で進めることになる。
電気的に位相を進める場合、高周波数ゲインが高くなる
か、位相を進める周波数前後で位相が遅れるため、他の
周波数の自励振動が発生することがあるが、本実施例で
は他の周波数領域に対して悪影響を与えることはない。
か、位相を進める周波数前後で位相が遅れるため、他の
周波数の自励振動が発生することがあるが、本実施例で
は他の周波数領域に対して悪影響を与えることはない。
なお、第２図においては、励磁コイル5Bc,5Bf,5Bb,5Dc,
5Df,5Db及びその制御回路は省略している。
5Df,5Db及びその制御回路は省略している。
以上説明したように本発明によれば、下記のような優れ
た効果が得られる。
た効果が得られる。
ラジアル磁気軸受の電磁石固定子の磁極を３個とし
中央の磁極の円周方向断面積をその左右の磁極断面積の
略２倍とすることにより、固定子継鉄の外径及び回転子
継鉄の外径を小さくできるので、ラジアル磁気軸受装を
コンパクトにすることが可能となり、回転子外径も小さ
くなるため高速回転が可能となる。
中央の磁極の円周方向断面積をその左右の磁極断面積の
略２倍とすることにより、固定子継鉄の外径及び回転子
継鉄の外径を小さくできるので、ラジアル磁気軸受装を
コンパクトにすることが可能となり、回転子外径も小さ
くなるため高速回転が可能となる。
電磁石固定子の３個の磁極の励磁コイルを独立に制
御することにより、制御力に空間的に位相進みを与える
ことができ、このため電気的位相進みを小さくしても差
し支えないので、高周波数領域のゲインを低くでき、高
周波数の回転軸の固有振動数の自励振動を防止できる。
御することにより、制御力に空間的に位相進みを与える
ことができ、このため電気的位相進みを小さくしても差
し支えないので、高周波数領域のゲインを低くでき、高
周波数の回転軸の固有振動数の自励振動を防止できる。
第１図は本発明に係るラジアル磁気軸受の固定子及び回
転子の断面図、第２図はその制御回路の構成を示す回路
ブロック図、第３図乃至第５図は従来の５軸制御型磁気
軸受の構造を示す図で、第３図は縦断面図、第４図は第
３図のＩ−Ｉ線上断面矢視図、第５図は第３図のII-II
線上断面矢視図、第６図はその制御回路の構成を示す回
路ブロック図である。 図中、１……回転軸、２……非常時用軸受、３……固定
子継鉄、３−１……中央部磁極、３−2,3−３……磁
極、４……回転子継鉄、5,5Ac,5Af,5Ab,5Bc,5Bf,5Bb,5C
c,5Cf,5Cb,5Dc,5Df,5Db……励磁コイル、6,6A,6B,6C,6D
……変位センサー、21……位相補償回路、22……直流検
波回路、23……電力増幅器、24……電流検出回路、25f
……前向き振れ回り固有振動周波数を中心周波数とする
バンドパスフィルタ、25b……後向き振れ回り固有振動
周波数を中心周波数とするバンドパスフィルタ。
転子の断面図、第２図はその制御回路の構成を示す回路
ブロック図、第３図乃至第５図は従来の５軸制御型磁気
軸受の構造を示す図で、第３図は縦断面図、第４図は第
３図のＩ−Ｉ線上断面矢視図、第５図は第３図のII-II
線上断面矢視図、第６図はその制御回路の構成を示す回
路ブロック図である。 図中、１……回転軸、２……非常時用軸受、３……固定
子継鉄、３−１……中央部磁極、３−2,3−３……磁
極、４……回転子継鉄、5,5Ac,5Af,5Ab,5Bc,5Bf,5Bb,5C
c,5Cf,5Cb,5Dc,5Df,5Db……励磁コイル、6,6A,6B,6C,6D
……変位センサー、21……位相補償回路、22……直流検
波回路、23……電力増幅器、24……電流検出回路、25f
……前向き振れ回り固有振動周波数を中心周波数とする
バンドパスフィルタ、25b……後向き振れ回り固有振動
周波数を中心周波数とするバンドパスフィルタ。
Claims (1)
- 【請求項１】回転軸（１）と、該回転軸（１）を支承す
るラジアル磁気軸受（101,102）と、制御装置とを具備
し、 ラジアル磁気軸受（101,102）は、回転子と電磁石固定
子を有し、回転軸（１）の長手方向に所定の間隔をおい
て配置され、 該回転子は、回転軸（１）に固着された回転子継鉄
（４）を有し、 電磁石固定子は、回転子継鉄（４）から微小間隙を設け
て対向する磁極を有する固定子継鉄（３）と該磁極に巻
回された励磁コイル（５）とを有し、制御軸方向に対向
して配置され、 制御装置は回転軸（１）とケーシング（７）間の相対変
位を測定する変位センサー（６）と、該変位センサー
（６）からの出力信号をもとに回転子継鉄（４）と電磁
石固定子に作用する磁気吸引力を制御する位相補償回路
（21）と、該位相補償回路（21）の出力を増幅し電磁石
固定子のコイル（５）に供給する電力増幅器（23）とを
有する、 ラジアル磁気軸受装置において、 電磁石固定子は回転子継鉄（４）に対向して突出する磁
極の数が１制御軸方向に対向する電磁石固定子につき中
央と左右に位置する３個とし、中央の磁極の円周方向断
面積を左右の磁極の略２倍とし、 制御装置は、回転軸（１）の前向き固有振動数を中心周
波数とする第１のバンドパスフィルタ（25f）と、後向
き固有振動数を中心周波数とする第２のバンドパスフィ
ルタ（25b）を具備し、 電磁石固定子の左右磁極の励磁コイルの内、回転方向の
磁極の励磁コイルには位相補償回路（21）からの信号に
変位センサー（６）の出力信号が第１のバンドパスフィ
ルタ（25f）を通過した信号を加算し、該信号を電力増
幅器（23）で増幅して供給し、反回転方向の磁極の励磁
コイルには位相補償回路（21）からの信号に変位センサ
ー（６）の出力信号が第２のバンドパスフィルタ（25
b）を通過した信号を加算し、該信号を電力増幅器（2
3）で増幅して供給した、 ラジアル磁気軸受装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63074946A JPH0787680B2 (ja) | 1988-03-29 | 1988-03-29 | ラジアル磁気軸受装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63074946A JPH0787680B2 (ja) | 1988-03-29 | 1988-03-29 | ラジアル磁気軸受装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01248939A JPH01248939A (ja) | 1989-10-04 |
| JPH0787680B2 true JPH0787680B2 (ja) | 1995-09-20 |
Family
ID=13562005
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63074946A Expired - Fee Related JPH0787680B2 (ja) | 1988-03-29 | 1988-03-29 | ラジアル磁気軸受装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0787680B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4582778A4 (en) * | 2022-10-14 | 2026-04-08 | Mitsubishi Heavy Ind Marine Machinery & Equipment Co Ltd | VIBRATION MONITORING DEVICE, COMPRESSOR AND VIBRATION MONITORING METHOD |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5398571A (en) * | 1993-08-13 | 1995-03-21 | Lewis; David W. | Flywheel storage system with improved magnetic bearings |
| JP2004518920A (ja) * | 2001-02-23 | 2004-06-24 | バルマーク アクチエンゲゼルシヤフト | 少なくとも１本の糸をガイドするためのローラ |
| US6921997B2 (en) * | 2002-12-23 | 2005-07-26 | National Chung Cheng University | Active magnetic bearing with improved configuration reference cited |
| CN112128245B (zh) * | 2020-08-17 | 2022-07-22 | 江苏大学 | 一种三极径向混合磁轴承的控制方法 |
| CN113294440B (zh) * | 2021-05-27 | 2023-03-21 | 北京泓慧国际能源技术发展有限公司 | 飞轮转子的位置检测方法和装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60245443A (ja) * | 1984-05-18 | 1985-12-05 | Ntn Toyo Bearing Co Ltd | 制御式ラジアル磁気軸受装置 |
| JPS63106916U (ja) * | 1986-12-29 | 1988-07-11 |
-
1988
- 1988-03-29 JP JP63074946A patent/JPH0787680B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4582778A4 (en) * | 2022-10-14 | 2026-04-08 | Mitsubishi Heavy Ind Marine Machinery & Equipment Co Ltd | VIBRATION MONITORING DEVICE, COMPRESSOR AND VIBRATION MONITORING METHOD |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01248939A (ja) | 1989-10-04 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |